房勇
(湖南省歐陽海灌區(qū)水利水電工程管理局耒陽市421800)
湖南省歐陽海水庫樞紐工程位于湖南省桂陽縣境內(nèi),坐落在湘江支流舂陵水大灘峽谷,距耒陽市54 km,控制流域面積5 409 km2,總庫容4.24億m3,是一個(gè)以灌溉為主,兼有防洪、發(fā)電、航運(yùn)和養(yǎng)殖等綜合效益的大(Ⅱ)型水利水電工程。
工程主要由大壩、二道壩、引水式電站、斜面升船機(jī)和左右岸灌溉渠首組成。其中,攔河壩為雙曲拱壩,最大壩高54 m,壩頂高程76 m,壩頂弧長243 m;二道壩位于大壩下游180 m處,為定圓心單曲砌石拱壩,最大壩高16 m,功能為雍高尾水位,形成水墊塘,利于大壩泄流的消能;壩左右岸各建有一條灌溉引水隧道,設(shè)計(jì)流量分別為6.8 m3/s和37 m3/s,共灌溉農(nóng)田4.87萬hm2(73萬畝)。
大壩于1970年建成蓄水,運(yùn)行以來,灌溉農(nóng)田穩(wěn)定在4.85萬hm2(72.74萬畝),年發(fā)電量2億kW·h,對下游的衡陽、株洲、湘潭等重要城市和武廣高鐵、京廣鐵路、高速公路和107國道等交通干線及廠礦有著十分重要的防洪保護(hù)作用。由于運(yùn)行年代久遠(yuǎn),大壩出現(xiàn)了一些嚴(yán)重的問題,2000年主管部門組織專家進(jìn)行了安全鑒定,鑒定結(jié)論認(rèn)為大壩安全級(jí)別為三類壩。存在的主要問題有:壩段的垂直貫穿性裂縫、壩體滲漏、大壩水墊塘淘刷和兩岸坍塌嚴(yán)重、左岸壩肩的失穩(wěn)問題、觀測設(shè)備失效和觀測項(xiàng)目不全面、孔口啟閉架主梁裂縫等問題。
水庫經(jīng)過加固處理后,不僅可確保大壩的安全,還可明顯提高防洪效益和興利效益。每年將減少下游洪災(zāi)損失約3 000萬元,保護(hù)農(nóng)田0.33萬hm2(5萬畝),可使灌溉水量增加,提高供水保證率,每年增加灌溉效益1億元,增加發(fā)電效益1 000萬元??梢?,對工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固是十分必要的。
大壩左岸拱肩存在FA2斷層組,右岸存在多組破碎夾層和節(jié)理裂隙,兩岸順河向高傾角節(jié)理發(fā)育,對拱座穩(wěn)定極為不利,因此對左岸拱肩和左岸陡邊坡0+90 m~0+140 m范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加固,同時(shí)輔以系統(tǒng)錨桿、排水減壓和噴護(hù)塞縫處理措施。加固工程共計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索30根,系統(tǒng)錨桿2 504根,長(4.5~8.0)m,主要采用機(jī)鉆成孔,孔徑50 mm,內(nèi)注水泥砂漿;排水孔共1 706 m,孔徑100 mm;左岸拱肩(80~103)m范圍內(nèi)采用混凝土護(hù)砌,最小厚度1.0 m,共計(jì)混凝土6 276 m3;邊坡表面采用掛網(wǎng)噴護(hù)處理,噴混凝土厚12 cm,總面積約8 781 m2。
水墊塘0+30 m~0+80 m范圍內(nèi)建有混凝土護(hù)砌,左右岸護(hù)砌高程分別為97 m和95 m,運(yùn)行至今20余年,水墊塘內(nèi)巖塊磨損嚴(yán)重,部分部位表面鋼筋外露。另外,根據(jù)大壩消能計(jì)算分析,設(shè)計(jì)水位下最大沖坑位置在0+90 m~0+100 m范圍內(nèi),水墊塘的原有護(hù)砌范圍不夠,且兩岸巖坡節(jié)理裂隙發(fā)育,多處出現(xiàn)崩塌。
針對上述問題,主要加固措施如下:
(1)對水墊塘進(jìn)行堆積體清渣后,在其表面采用現(xiàn)澆硅粉混凝土(厚10 cm)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng);
(2)在原護(hù)砌混凝土頂面高程以上,預(yù)留2 m寬施工馬道,對巖塊進(jìn)行清理后,澆筑1.5 m厚C20混凝土貼坡式混凝土護(hù)砌至103 m高程;
(3)在0+80 m~0+140 m范圍內(nèi)新修護(hù)砌,坡腳設(shè)置于原河床高程附近,清除兩岸滑坡松散巖體后,根據(jù)實(shí)際地形采用貼坡式護(hù)砌至103 m高程,控制厚度不小于1.5 m,外坡為1∶0.5~1∶1.5,坡腳設(shè)1.5 m×2.0 m的趾板;
(4)對兩岸巖坡進(jìn)行系統(tǒng)錨桿加固,錨桿均采用Φ25 mm,間距2 m,呈梅花型布置,并做好掛網(wǎng)噴護(hù)和岸坡排水。
原設(shè)計(jì)防滲帷幕采用單排孔,孔距3 m,孔深為2/3倍設(shè)計(jì)水頭,但施工時(shí)只在個(gè)別部位進(jìn)行了帷幕灌漿。運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)左右岸(110~114)m高程處,壩基裂隙帶有滲水,庫水位較高時(shí),滲漏量更大。其中,左岸的滲水對壩肩巖體穩(wěn)定不利,故對大壩基礎(chǔ)補(bǔ)做帷幕灌漿。防滲標(biāo)準(zhǔn)采用單位透水率q≤3 Lu,根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),帷幕灌漿采用單排孔,孔距2.5 m,鉆孔位置距上游邊線2 m,鉆孔深度控制在大壩建基面以下(15~30)m,共布置28個(gè)孔,總鉆孔深度約669 m。
對于壩段裂縫主要采用化學(xué)灌漿方法進(jìn)行處理。沿壩體上游面裂縫方向粘貼止水橡皮,這樣可以防水和止?jié){,并適應(yīng)壩體裂縫的變形;沿壩體下游裂縫方向以環(huán)氧膠泥進(jìn)行封堵,并跨縫埋設(shè)灌漿盒和斜孔,進(jìn)行化學(xué)灌漿時(shí),漿液從下游灌漿盒和斜孔注入壩體裂縫內(nèi),直到充滿為止。灌漿面積總計(jì)1 286 m2。
在2#~5#閘孔啟閉架主梁出現(xiàn)裂縫,這些裂縫大多數(shù)出現(xiàn)在主梁跨中,沿垂直方向向上發(fā)展,基本上貫穿梁體,裂縫寬度為(0.1~0.2)mm,最寬為0.3 mm,發(fā)生在2#閘孔主梁上。經(jīng)過承載能力和裂縫寬度復(fù)核計(jì)算,主梁的配筋滿足要求,裂縫寬度超過規(guī)范允許值,故采用粘貼鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。在每根主梁底部粘鋼,長度為14.395 m,厚6 mm,寬0.4 m,主梁兩端加腋處還設(shè)3條U型箍板,每條長2.05 m,厚6 mm,寬50 mm,間距250 mm。粘貼鋼板總面積50.984 m2,總重量2.4 t。
粘鋼的工藝流程如下:
(1)先對主梁表面進(jìn)行處理,用鋼絲刷將混凝土表面的松散浮渣刷去,再用硬毛刷沾高效清潔劑去油垢污物,并用清水沖洗;
(2)對粘合面和裂縫進(jìn)行打磨,除去(2~3)mm厚表層,露出混凝土新層,再用環(huán)氧樹脂砂漿對裂縫進(jìn)行修補(bǔ),干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面;
(3)對鋼板進(jìn)行除銹和粗糙處理;
(4)主梁卸荷后,用JGN粘膠劑粘貼鋼板;
(5)鋼板粘貼完畢后,立即用夾具加緊,并適當(dāng)加壓;
(6)加壓約24 h后即可拆除夾具,3天后可受力使用。
二道壩下游河段,因泄流時(shí)嚴(yán)重淘刷,造成多處塌方滑坡、河道淤塞,危及兩岸建筑物的安全,故進(jìn)行護(hù)岸加固和河道清障,保證管理區(qū)的運(yùn)行安全。
右岸護(hù)岸至電站10#擋墻,長180 m,采用漿砌石貼坡式護(hù)岸,最小厚度0.8 m。左岸護(hù)至橋頭上游,長490 m,結(jié)合地形,也采用漿砌石貼坡護(hù)岸,最小厚度0.8 m。
由于原觀測系統(tǒng)于1974年就開始工作,年代久遠(yuǎn),內(nèi)部觀測儀器多數(shù)失效,加之設(shè)備落后,精度不高,效率低下,不能滿足現(xiàn)行的規(guī)范要求,故必須進(jìn)行更新改造。
監(jiān)測項(xiàng)目主要有變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測和環(huán)境量監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)布置如下:①壩體水平位移和垂直位移觀測方面,在大壩下游布置3個(gè)工作校核基點(diǎn),右岸上游布置1個(gè)工作校核基點(diǎn);共設(shè)置10個(gè)變形測點(diǎn),其中壩頂設(shè)置5個(gè)測點(diǎn),下游面126.5 m高程馬道設(shè)3個(gè)測點(diǎn),在下游面117 m左右1/4拱處布置2個(gè)測點(diǎn);②下游岸坡位移觀測方面,在左岸下游邊坡不穩(wěn)定巖塊上設(shè)4個(gè)測點(diǎn),同時(shí)在有關(guān)深層滑動(dòng)面上設(shè)3組位移計(jì);③裂縫觀測方面,在各裂縫不同位置布置14個(gè)測點(diǎn);④滲流監(jiān)測方面,在左右岸下游邊坡各設(shè)4個(gè)測壓管進(jìn)行繞滲觀測;⑤應(yīng)力觀測方面,選擇6根錨索進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。
大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)采用水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所研制生產(chǎn)的DG-2000型智能分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng),包含數(shù)據(jù)采集軟件(DG)、消息管理軟件(DSIM)、計(jì)算分析軟件(MDAP)、全站儀專門監(jiān)測平差分析處理軟件、外部觀測成圖軟件。觀測設(shè)備主要為對講機(jī)、對中桿、角架、光纜、光端機(jī)、棱鏡及底座等。
我國早期修建的水庫工程,限于當(dāng)時(shí)特定的歷史條件和設(shè)計(jì)施工水平,運(yùn)行至今,由于各種原因,許多水庫都不同程度存在一些病險(xiǎn)問題,如果不及時(shí)進(jìn)行加固處理,將限制當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展,嚴(yán)重的還會(huì)威脅下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。由于歐陽海水庫除險(xiǎn)加固項(xiàng)目實(shí)施及時(shí),資金有保障,加固處理措施合理妥當(dāng),保證了加固工程的質(zhì)量,提高了灌溉效益和防洪效益,促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展。水庫工程加固后,至今運(yùn)行良好。